[发明专利]一种基于超声波的末级静叶除湿结构

说明书

本发明公开了一种基于超声波的末级静叶除湿结构，包括空心静叶、超声波发声装置、尾缘通道和振动杆结构，超声波发声装置包括压电超声换能器、支撑装置、固定法兰和变幅杆。结合叶片出口的几何特征和超声波的传播性能，变幅杆和振动杆形成的复合变幅杆系统，能将高能超声波聚集于尾缘位置。叶片尾缘的液膜在高能超声波作用下，迅速破碎雾化，在超高的雾化率下，可以根治二次水滴的水蚀危害。同时不同工况下，通过调节输入功率能适应不同的运行条件，其除湿效率始终维持在高水平。本发明将超声波消除水滴技术与末级叶片相结合，极大地提高了饱和汽轮机末级叶片的除湿效果，对于叶片除湿技术的提高和传统除湿结构和其他技术结合应用有着指导意义。

技术领域

本发明属于汽轮机机械技术领域，涉及一种基于超声波的末级静叶除湿结构。

背景技术

饱和汽轮机的末级叶片基本工作在湿蒸汽区。湿蒸汽会造成末几级动叶片的水蚀破坏，不仅降低汽轮机运行的工作效率，甚至威胁机组运行的安全。随着汽轮机单机最大功率急剧增加及核电汽轮机的发展，汽轮机低压末几级动叶片的水蚀问题越来越严重。湿蒸汽由一次水滴和少量二次水滴组成，其中二次水滴粒径较大，一般为一次水滴粒径的数十倍以上，与主蒸汽流的跟随性较差,并且会产生动不平衡力，被认为是造成叶片水蚀的主要原因。液滴沉积在叶片形成水膜，且随着水滴的不断融合，水膜的厚度不断增加，它将随着气流的作用被逐渐冲积到叶片尾端撕裂，之后脱离叶片形成对设备危害较大的二次水滴。

为了减弱或防止水蚀现象，目前主要的技术手段还是在静叶上抽吸法设置除湿槽、隔板上设置水分收集腔以及在动叶上设置导流槽和防水蚀工艺等技术手段。

静叶除湿技术有以下三种方法：静叶抽吸法、静叶加热法、静叶吹扫法。静叶抽吸法是空心导叶去湿的最早方法，其除湿原理为：在静叶片表面开一排除湿槽，利用流场压力差被动抽吸水膜。基于此原理该技术存在以下问题：由于压力面和吸力面存在压差会产生水膜串流，除湿效率低；除湿槽一般靠近叶片中前部，此时冲击叶片的液滴粒径较小，表面张力大，压力差难以抽吸小液滴，除湿效果不理想；对于不同的结构及运行条件，例如开槽大小、抽吸压力流量、开槽位置等，去湿效果也不同，对需要调峰的大机组，除湿效果在变工况下不理想。静叶加热法，该结构是将热量引进静叶空腔，对内壁加热，把外表面水膜层蒸发掉，使尾缘不能形成二次大水滴。在实际应用中，要考虑引入多少热量，这种方法需要改变设备结构，可能会因为热量不足，导致除湿效果不足。静叶吹扫法，在静叶尾缘加工出吹扫缝，将较高压蒸汽引入导叶内，然后从尾缘吹扫缝喷出。此方法将从尾缘脱落的大水滴变小，速度加快，减轻对动叶的冲蚀。此方法需要吹扫汽量和方向角需要合理匹配，以免影响主汽流。负载变化时，吹扫角度很难发生变化，从而造成气动损失增加。同时，这种方法对吸力面的二次水滴破碎，而吸力面的液滴沉积更加明显。

结合上述传统除湿方法对叶片水蚀的防止效果有限。与常规的空气冷却技术相比，超声波功率高，能量大。超声波在介质中传播时具有很强的穿透能力且产生空化冲击波，这些固有特征使超声波在介质中传播时可传递很强的能量，从而产生强烈的冲击，具有很高的效率。利用超声波的机械搅拌作用，可以作用在叶片尾缘上，使尾缘液膜快速破碎雾化，大大降低了二次水滴的危害。

发明内容

本发明的目的在于克服传统叶片除湿效果的弊端，利用叶片的结构特征以及超声波的空化效果，提供一种基于超声波的末级静叶除湿结构。本发明利用叶片出口的几何结构特征，通过压电超声换能器、变幅杆、振动杆结构构成一个新的复合变幅杆系统。振动杆在超声波的激励作用下进行机械振动，叶片表面的液膜由于空化作用发生雾化，形成均匀的小粒径液滴喷雾，大大降低二次水滴的危害性，有效的防止水蚀的发生。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于超声波的末级静叶除湿结构，包括：

超声波发声装置，所述超声波发声装置布置于汽轮机空心静叶片的内腔；

振动杆结构，所述振动杆结构设置在汽轮机空心静叶片的尾缘出口处，并于超声波发声装置相连。